[发明专利]MEMS器件真空封装结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明采用微电子机械加工技术，属于微电子机械系统领域，涉及一种MEMS器件真空封装结构的制作方法。

背景技术

利用微电子机械加工技术制作的加速度计和角速度计在汽车导航和消费电子等领域得到了广泛应用。这些传感器具有成本低、可批量生产、稳定性好等优点。但是在机械结构达到微米量级时，空气阻尼效应成为了影响器件性能的关键因素。真空封装能够大幅减小空气阻尼效应，使器件的品质因子得到显著提高。

气密性是影响真空封装效果的一个重要因素。由于器件内外的电连接很容易影响到真空封装的气密性，因此它决定了整个器件的真空封装结构。玻璃浆料封装是常用的真空封装方式之一。R.Knechtel, M.Wiemer, J.Fromel在Special issue: Wafer-bonding workshop for MEMS technologies (WBW-MEMS), 11-12 October 2004, Halle中详细介绍了这种技术。玻璃浆料封装的器件结构简单，也很容易实现密闭性和器件内外的电连接。但是，由于玻璃浆料的流动性，一方面容易造成器件的沾污；另一方面通常需要密封环做的比较宽，同时需要增加附属的结构来控制玻璃浆料的流动，进而造成器件体积较大；更重要的是，玻璃浆料会释放气体，造成器件内部气压上升，影响器件的性能，因此器件内部需要再加入吸气剂，导致成本上升。

Steven S. Nasiri和Anthony Francis Flannery, JR.提出了一种CMOS硅片和MEMS硅片键合并采用硅通孔引线的封装结构（Method of fabrication of Al/Ge bonding in a wafer packaging enviroment and a product produced therefrom, US 2008/0283990 A1）。该方法利用铝锗共晶键合（也称作铝锗低温键合）的导电特性和CMOS硅片上的硅通孔实现器件内外的电连接，由于铝锗材料存在放气（outgasing）过程，对于腔体内长期真空度的保持有不利影响，同时，铝锗材料在恶劣环境下、特别是较高工作温度环境下，如汽车应用环境中会发生泡起（popping）等失效过程，显著降低器件的可靠性，也限制了器件的应用范围。进一步，此种硅通孔制作使器件制造工艺变得复杂，成本也大幅上升，同时为借助硅通孔实现电连接该方法采用铜填充所述硅通孔，不过，由于铜与硅的热膨胀系数相差较大，在温度变化下，通孔中填充的铜会从通孔中突出而造成其上的焊球脱落，使器件可靠性降低。

真空封装结构中考虑器件内外的电连接同时，还需要要考虑位于连接电极周围的电学隔离结构。Thorbjorn Ebefors 、Edvard Kalvesten和Tomas Bauer的专利（MICROPACKAGING MATHOD AND DEVICES, US 2010/0053922 A1）中，电学隔离的结构的制作思路为：先形成高深宽比的凹槽，再直接利用CVD在所述凹槽内填充绝缘物质，以形成仅由绝缘物质组成的高深宽比的隔离结构，以达到电学隔离的目的。由于绝缘物质在真空封装时机械强度不足，当仅在凹槽中填充绝缘物质时，所述凹槽只能采用高深宽比结构，但高深宽比的凹槽易造成填充在其内的绝缘物质存在空隙，从而导致填充的绝缘物质致密性不好，影响隔离效果及器件在真空封装时的机械强度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，用于解决现有技术中硅通孔制作时沉积方法形成的金属填充物与硅的热膨胀系数差异引起的器件可靠性降低、用于电学隔离的硅通孔致密性不好导致的器件电学隔离效果和器件真空封装的机械强度降低、以及某些非硅键合材料的不稳定性导致器件长期稳定性降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种MEMS器件真空封装结构的制作方法，所述方法至少包括以下步骤：

1）提供一下基板，在所述下基板中预制作岛状支撑结构处刻蚀封闭环形槽，以使所述封闭环形槽环绕出岛状支撑结构；

2）在所述下基板上表面形成绝缘层；

3）在所述绝缘层表面生长外延层直至填充满所述封闭环形槽，而后减薄所述外延层直至暴露出所述封闭环形槽开口两侧的绝缘层；

4）去除暴露在所述下基板表面上的绝缘层；

5）提供一结构层，将所述结构层对准键合至所述下基板上表面；

6）图形化并刻蚀所述结构层，以形成所需的MEMS器件；